]> git.proxmox.com Git - mirror_ubuntu-hirsute-kernel.git/commitdiff
s390/crypto: add arch_get_random_long() support
authorHarald Freudenberger <freude@linux.ibm.com>
Thu, 3 Dec 2020 14:02:08 +0000 (15:02 +0100)
committerHeiko Carstens <hca@linux.ibm.com>
Thu, 10 Dec 2020 20:02:08 +0000 (21:02 +0100)
The random longs to be pulled by arch_get_random_long() are
prepared in an 4K buffer which is filled from the NIST 800-90
compliant s390 drbg. By default the random long buffer is refilled
256 times before the drbg itself needs a reseed. The reseed of the
drbg is done with 32 bytes fetched from the high quality (but slow)
trng which is assumed to deliver 100% entropy. So the 32 * 8 = 256
bits of entropy are spread over 256 * 4KB = 1MB serving 131072
arch_get_random_long() invocations before reseeded.

How often the 4K random long buffer is refilled with the drbg
before the drbg is reseeded can be adjusted. There is a module
parameter 's390_arch_rnd_long_drbg_reseed' accessible via
  /sys/module/arch_random/parameters/rndlong_drbg_reseed
or as kernel command line parameter
  arch_random.rndlong_drbg_reseed=<value>
This parameter tells how often the drbg fills the 4K buffer before
it is re-seeded by fresh entropy from the trng.
A value of 16 results in reseeding the drbg at every 16 * 4 KB = 64
KB with 32 bytes of fresh entropy pulled from the trng. So a value
of 16 would result in 256 bits entropy per 64 KB.
A value of 256 results in 1MB of drbg output before a reseed of the
drbg is done. So this would spread the 256 bits of entropy among 1MB.
Setting this parameter to 0 forces the reseed to take place every
time the 4K buffer is depleted, so the entropy rises to 256 bits
entropy per 4K or 0.5 bit entropy per arch_get_random_long().  With
setting this parameter to negative values all this effort is
disabled, arch_get_random long() returns false and thus indicating
that the arch_get_random_long() feature is disabled at all.

arch_get_random_long() is used by random.c among others to provide
an initial hash value to be mixed with the entropy pool on every
random data pull. For about 64 bytes read from /dev/urandom there
is one call to arch_get_random_long(). So these additional random
long values count for performance of /dev/urandom with measurable
but low penalty.

Signed-off-by: Harald Freudenberger <freude@linux.ibm.com>
Reviewed-by: Ingo Franzki <ifranzki@linux.ibm.com>
Reviewed-by: Juergen Christ <jchrist@linux.ibm.com>
Signed-off-by: Heiko Carstens <hca@linux.ibm.com>
arch/s390/crypto/arch_random.c
arch/s390/include/asm/archrandom.h

index dd95cdbd22ce8a1f931d6876ad4c26b88cbcf1a0..7b947728d57ef726371e3f583bb67593e8a8dd5b 100644 (file)
@@ -2,7 +2,7 @@
 /*
  * s390 arch random implementation.
  *
- * Copyright IBM Corp. 2017, 2018
+ * Copyright IBM Corp. 2017, 2020
  * Author(s): Harald Freudenberger
  *
  * The s390_arch_random_generate() function may be called from random.c
@@ -33,6 +33,7 @@
 #include <linux/slab.h>
 #include <linux/static_key.h>
 #include <linux/workqueue.h>
+#include <linux/moduleparam.h>
 #include <asm/cpacf.h>
 
 DEFINE_STATIC_KEY_FALSE(s390_arch_random_available);
@@ -99,6 +100,113 @@ static void arch_rng_refill_buffer(struct work_struct *unused)
        queue_delayed_work(system_long_wq, &arch_rng_work, delay);
 }
 
+/*
+ * Here follows the implementation of s390_arch_get_random_long().
+ *
+ * The random longs to be pulled by arch_get_random_long() are
+ * prepared in an 4K buffer which is filled from the NIST 800-90
+ * compliant s390 drbg. By default the random long buffer is refilled
+ * 256 times before the drbg itself needs a reseed. The reseed of the
+ * drbg is done with 32 bytes fetched from the high quality (but slow)
+ * trng which is assumed to deliver 100% entropy. So the 32 * 8 = 256
+ * bits of entropy are spread over 256 * 4KB = 1MB serving 131072
+ * arch_get_random_long() invocations before reseeded.
+ *
+ * How often the 4K random long buffer is refilled with the drbg
+ * before the drbg is reseeded can be adjusted. There is a module
+ * parameter 's390_arch_rnd_long_drbg_reseed' accessible via
+ *   /sys/module/arch_random/parameters/rndlong_drbg_reseed
+ * or as kernel command line parameter
+ *   arch_random.rndlong_drbg_reseed=<value>
+ * This parameter tells how often the drbg fills the 4K buffer before
+ * it is re-seeded by fresh entropy from the trng.
+ * A value of 16 results in reseeding the drbg at every 16 * 4 KB = 64
+ * KB with 32 bytes of fresh entropy pulled from the trng. So a value
+ * of 16 would result in 256 bits entropy per 64 KB.
+ * A value of 256 results in 1MB of drbg output before a reseed of the
+ * drbg is done. So this would spread the 256 bits of entropy among 1MB.
+ * Setting this parameter to 0 forces the reseed to take place every
+ * time the 4K buffer is depleted, so the entropy rises to 256 bits
+ * entropy per 4K or 0.5 bit entropy per arch_get_random_long().  With
+ * setting this parameter to negative values all this effort is
+ * disabled, arch_get_random long() returns false and thus indicating
+ * that the arch_get_random_long() feature is disabled at all.
+ */
+
+static unsigned long rndlong_buf[512];
+static DEFINE_SPINLOCK(rndlong_lock);
+static int rndlong_buf_index;
+
+static int rndlong_drbg_reseed = 256;
+module_param_named(rndlong_drbg_reseed, rndlong_drbg_reseed, int, 0600);
+MODULE_PARM_DESC(rndlong_drbg_reseed, "s390 arch_get_random_long() drbg reseed");
+
+static inline void refill_rndlong_buf(void)
+{
+       static u8 prng_ws[240];
+       static int drbg_counter;
+
+       if (--drbg_counter < 0) {
+               /* need to re-seed the drbg */
+               u8 seed[32];
+
+               /* fetch seed from trng */
+               cpacf_trng(NULL, 0, seed, sizeof(seed));
+               /* seed drbg */
+               memset(prng_ws, 0, sizeof(prng_ws));
+               cpacf_prno(CPACF_PRNO_SHA512_DRNG_SEED,
+                          &prng_ws, NULL, 0, seed, sizeof(seed));
+               /* re-init counter for drbg */
+               drbg_counter = rndlong_drbg_reseed;
+       }
+
+       /* fill the arch_get_random_long buffer from drbg */
+       cpacf_prno(CPACF_PRNO_SHA512_DRNG_GEN, &prng_ws,
+                  (u8 *) rndlong_buf, sizeof(rndlong_buf),
+                  NULL, 0);
+}
+
+bool s390_arch_get_random_long(unsigned long *v)
+{
+       bool rc = false;
+       unsigned long flags;
+
+       /* arch_get_random_long() disabled ? */
+       if (rndlong_drbg_reseed < 0)
+               return false;
+
+       /* try to lock the random long lock */
+       if (!spin_trylock_irqsave(&rndlong_lock, flags))
+               return false;
+
+       if (--rndlong_buf_index >= 0) {
+               /* deliver next long value from the buffer */
+               *v = rndlong_buf[rndlong_buf_index];
+               rc = true;
+               goto out;
+       }
+
+       /* buffer is depleted and needs refill */
+       if (in_interrupt()) {
+               /* delay refill in interrupt context to next caller */
+               rndlong_buf_index = 0;
+               goto out;
+       }
+
+       /* refill random long buffer */
+       refill_rndlong_buf();
+       rndlong_buf_index = ARRAY_SIZE(rndlong_buf);
+
+       /* and provide one random long */
+       *v = rndlong_buf[--rndlong_buf_index];
+       rc = true;
+
+out:
+       spin_unlock_irqrestore(&rndlong_lock, flags);
+       return rc;
+}
+EXPORT_SYMBOL(s390_arch_get_random_long);
+
 static int __init s390_arch_random_init(void)
 {
        /* all the needed PRNO subfunctions available ? */
index de61ce562052725fda6bd523aebc0eb0e18d76ed..5dc712fde3c7f078ca4d26910cd9ff3b130964d7 100644 (file)
@@ -2,7 +2,7 @@
 /*
  * Kernel interface for the s390 arch_random_* functions
  *
- * Copyright IBM Corp. 2017
+ * Copyright IBM Corp. 2017, 2020
  *
  * Author: Harald Freudenberger <freude@de.ibm.com>
  *
 DECLARE_STATIC_KEY_FALSE(s390_arch_random_available);
 extern atomic64_t s390_arch_random_counter;
 
+bool s390_arch_get_random_long(unsigned long *v);
 bool s390_arch_random_generate(u8 *buf, unsigned int nbytes);
 
 static inline bool __must_check arch_get_random_long(unsigned long *v)
 {
+       if (static_branch_likely(&s390_arch_random_available))
+               return s390_arch_get_random_long(v);
        return false;
 }